. Nghiên cứu chiết xuất glucosamine hydrochlorua từ vỏ tôm sú (Penaeus monodon)

- NGHIÊN CỨU CHIẾT XUẤT GLUCOSAMINE HYDROCHLORUA TỪ VỎ TÔM SÚ (Penaeus monodon).
- Study on glucosamine hydrochlorua extract from tiger shrimp (Penaeus monodon) shell Từ khóa:.
- Chitin, extraction, glucosamine hydrochlorua, vỏ tôm sú.
- The research was conducted to investigate the effect of technological factors on glucosamine hydrochlorua quality extracted from black tiger shrimp (Penaeus monodon) shell through demineralization and deproteinzation process to obtain chitin.
- After that, the crude chitin was hydrolyzed by using HCl with various concentrations to produce glucosamine hydrochlorua.
- The recovery yield of glucosamine hydrochlorua was highest (57.30%) when HCl concentration of 12 M was used to convert chitin to glucosamine hydrochlorua.
- The FTIR spectrum analysis revealed that glucosamine hydrochlorua product was similar to commercial products..
- Nghiên cứu được thực hiện nhằm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng sản phẩm glucosamine hydrochlorua từ vỏ tôm sú thông qua quá trình khử khoáng và khử protein để thu chitin.
- Chitin được tiến hành thủy phân bởi HCl với các nồng độ khác nhau để sản xuất glucosamine hydrochlorua.
- Chitin được chuyển thành glucosamine hydrochlorua bằng HCl 12 M cho hiệu suất thu hồi glucosamine hydrochlorua cao nhất là 57,30.
- Qua phân tích phổ FTIR cho thấy, sản phẩm glucosamine hydrochlorua thu được trong nghiên cứu này gần giống với sản phẩm thương mại.
- Nghiên cứu chiết xuất glucosamine hydrochlorua từ vỏ tôm sú (Penaeus monodon).
- Với mức sản xuất mặt hàng tôm ngày càng nhiều, lượng phế phẩm tạo ra rất lớn và chiếm khoảng 40 - 50%, chủ yếu là đầu và vỏ tôm (Xu et al., 2008).
- Sản lượng phụ phẩm tôm thải ra hàng năm ở nước ta khoảng 325.000 tấn/năm, trong đó vỏ tôm chiếm 10 - 15% (Bộ Công Thương, 2019).
- Do đó, phụ phẩm từ ngành công nghiệp chế biến tôm, đặc biệt là vỏ tôm được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao như astaxathin, chitin, chitosan và quan trọng hơn là hợp chất glucosamine.
- Nhiều loại phụ phẩm khác nhau đã được nghiên cứu để sản xuất glucosamine như vỏ tôm biển Metapenaeus monoceros (Mojarrad et al., 2007), vỏ ghẹ xanh, vỏ cua, vỏ tôm sú (Sibi et al., 2013.
- Cahyono1 et al., 2014), vỏ tôm thẻ chân trắng (Wanichpongpan and Attasat, 2016).
- Tuy nhiên, các nghiên cứu về chiết xuất glucosamine từ nguồn vỏ tôm sú ban đầu chưa được nghiên cứu nhiều, hầu hết các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quy trình sản xuất chitin hay chitosan.
- Vì vậy, nghiên cứu chiết xuất glucosamine hydroclorua từ vỏ tôm sú bao gồm các quá trình khử khoáng, loại protein và thủy phân chitin đã được thực hiện nhằm mục đích lựa chọn phương pháp tối ưu nhất để tạo ra sản phẩm glucosamine hydrochlorua đạt chất lượng và hiệu suất cao..
- Vỏ tôm sú được thu nhận từ Công Ty Cổ Phần Thủy Sản Minh Phú, khu công nghiệp Sông Hậu, tỉnh Hậu Giang.
- Nguyên liệu được loại bỏ phần thịt, chân tôm còn sót lại và rửa sạch, sau đó vỏ tôm sú được phơi ráo (độ ẩm khoảng 10.
- Các túi PE chứa vỏ tôm sú đó được bảo quản ở nhiệt độ -20 °C cho đến khi tiến hành các thí nghiệm..
- 2.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm vỏ tôm sú trong dung dịch HCl đến khả năng khử khoáng.
- Vỏ tôm sú sau khi được làm sạch và phơi ráo sẽ được khử khoáng bằng dung dịch HCl theo phương pháp của Benavente et al.
- Nồng độ dung dịch HCl 8% được chọn để bố trí thí nghiệm khử khoáng với 3 mốc thời gian khác nhau lần lượt là 9, 12 và 15 giờ.
- Khối lượng vỏ tôm sú ở mỗi nghiệm thức là 50 g, tỉ lệ vỏ tôm sú so với dung dịch HCl 8% (w/v) là 1: 10 ở nhiệt độ phòng.
- Kết thúc quá trình ngâm, vỏ tôm sú được rửa trung tính, dùng giấy đo pH để đo độ pH của vỏ tôm sú trong quá trình rửa.
- Sau đó, vỏ tôm sú phơi cho ráo đều và tiến hành phân tích chỉ tiêu hàm lượng khoáng còn lại.
- 2.3.2 Nghiên cứu thời gian xử lí vỏ tôm sú trong dung dịch NaOH đến khả năng khử protein.
- Vỏ tôm sú đã loại khoáng ở thí nghiệm 1 được xử lí tiếp tục trong dung dịch NaOH (Benavente et al., 2015) với nồng độ 10% ở 3 mốc thời gian khác nhau là 16, 24 và 36 giờ ở nhiệt độ phòng.
- Khối lượng mẫu mỗi nghiệm thức là 50 g, tỉ lệ vỏ tôm sú so với dung dịch NaOH 10% (w/v) là 1: 5.
- 2.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến khả năng thủy phân chitin thành glucosamine hydrochlorua.
- Chitin thu được thông qua các kết quả tối ưu thời gian khử khoáng và khử protein ở thí nghiệm 1 và 2 được sấy ở nhiệt độ 60℃ trong 4 giờ và được tiến hành thủy phân theo phương pháp của Benavente et al.
- Chitin thô (50 g) được xử lí bằng dung dịch HCl ở 2 nồng độ khác nhau lần lượt là 10 và 12 M trong thời gian 5 giờ, ở nhiệt độ 85 °C.
- Kết thúc thí nghiệm này, chitin sẽ chuyển thành glucosamine hydrochlorua.
- Glucosamine hydrochlorua thu được từ thí nghiệm 3 được đem đi sấy ở 50°C trong 3 mốc thời gian khác nhau là 10, 12 và 14 giờ.
- Kết thúc quá trình sấy, mẫu được phân tích ẩm độ nhằm chọn ra thời gian sấy phù hợp để ẩm độ sản phẩm <5%, từ đó theo dõi sự thay đổi của hiệu suất thu hồi và độ hòa tan của glucosamine hydrochlorua.
- Các chỉ tiêu chất lượng của nguyên liệu và sản phẩm glucosamine hydrochlorua được phân tích bằng các phương pháp sau:.
- Xác định hoạt tính glucosamine hydrochlorua bằng phổ FTIR với bước sóng cm -1 .
- D (g) là khối lượng glucosamine hydrochlorua thu được cho hòa tan với 10 mL nước cất.
- Đem giấy lọc đi sấy sẽ tính được lượng glucosamine hydrochlorua không tan..
- Gọi X (g) là khối lượng mẫu vỏ tôm ban đầu, Y (g) là lượng glucosamine hydrochlorua thu được sau khi sấy.
- 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần hóa học của vỏ tôm sú Chất lượng của chitin được quyết định bởi các tính chất của nguyên liệu ban đầu (Allwin et al., 2015) vì thế cần biết rõ đặc điểm của nguyên liệu để có thể đề xuất các biện pháp xử lí hợp lí.
- Kết quả phân tích thành phần hóa học của vỏ tôm sú được thể hiện trong Bảng 1..
- Bảng 1: Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu vỏ tôm sú (tính theo căn bản khô).
- Hàm lượng khoáng và protein trong vỏ tôm sú cao là nguyên nhân chính ảnh hưởng đến chất lượng của chitin, và chất lượng của glucosamine hydrochlorua thu nhận được từ quá trình thủy phân chittin cũng sẽ bị ảnh hưởng vì chất lượng của glucosamine hydrochlorua phụ thuộc vào các thuộc tính của chitin ban đầu.
- Vì vậy để thu được glucosamine hydrochlorua có độ tinh khiết cao và có hoạt tính tốt,vỏ tôm sú cần được tiến hành loại bỏ khoáng và protein ra khỏi nguyên liệu..
- 3.2 Ảnh hưởng thời gian ngâm vỏ tôm sú trong dung dịch HCl đến khả năng khử khoáng.
- Bảng 2: Ảnh hưởng thời gian ngâm vỏ tôm sú trong dung dịch HCl 8% đến khả năng khử khoáng (tính theo căn bản khô).
- Mẫu Thời gian.
- Thành phần chất khoáng có trong vỏ tôm chủ yếu là muối của nguyên tố Canxi nên khi tác dụng với HCl sẽ tạo muối Ca 2+ hòa tan trong dung dịch và được loại bỏ trong giai đoạn rửa trung tính dẫn đến hàm lượng khoáng trong nguyên liệu giảm đáng kể (Trần Thị Luyến, 2006).
- Bảng 2 cho thấy vỏ tôm khử khoáng ở cùng một nồng độ HCL 8% với ba mốc thời gian khác nhau 9, 12 và 15 giờ, hàm lượng khoáng trong vỏ tôm giảm nhanh và thấp hơn 1%.
- Tiếp tục khử khoáng vỏ tôm sú với 12 và 15 giờ, hàm lượng khoáng giảm rất chậm và không có ý nghĩa thống kê so với mẫu vỏ tôm đã trải qua 9 giờ khử khoáng, vì một lượng nhỏ chất khoáng tham gia liên kết chặt chẽ với chitin có trong vỏ tôm và một số thành phần khác tạo thành phức hợp bền cho nên rất khó để loại bỏ các hợp chất khoáng này (Percot el al., 2003a)..
- Tương tự, Toan (2011) đã xử lí vỏ tôm sú trong axit salicylic có nồng độ 0,04 M, 10 giờ nhằm làm mềm nguyên liệu rồi mới tiến hành khử khoáng vỏ tôm bằng HCl 2,5% trong 8 giờ với tỉ lệ v/w là 1: 1 và cho mẫu có hàm lượng khoáng dưới 1%.
- nghiên cứu chiết rút chitosan từ vỏ tôm (Parapenaeus longirostris) của Seghir and Benhamza (2017), bước loại khoáng vỏ tôm được thực hiện trong dung dịch 4% HCl trong 24 giờ ở 25.
- Một kết quả khác của Phạm Thị Đan Phượng và Trang Sĩ Trung (2012) đã công bố dung dịch HCl có nồng độ 4% được sử dụng để khử khoáng vỏ tôm thẻ chân trắng trong 12 giờ cho hàm lượng khoáng còn lại là 0,93%.
- Theo Trần Thị Luyến và ctv (2004), vỏ tôm khử khoáng bằng dung dịch HCL 10% với thời gian là 5 giờ, hàm lượng khoáng còn lại trong vỏ tôm là 2,28%, cao hơn so với kết quả nghiên cứu.
- Điều này có thể lí giải, mặc dù nồng độ HCL là 10% nhưng thời gian khử khoáng khá ngắn (5 giờ), không đủ thời gian để phản ứng khử khoáng diễn ra hoàn toàn nên hàm lượng khoáng còn lại trong vỏ tôm cao hơn so với vỏ tôm sú khử khoáng với 8% HCL trong 9 giờ ở nghiên cứu này..
- Hàm lượng khoáng trong nguyên liệu khác biệt nhưng không có ý nghĩa thống kê ở 3 mốc thời gian và đều dưới 1%.
- Ahmad et al., 2016).
- Vì vậy, với mục đích tiết kiệm thời gian khử khoáng mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng nên vỏ tôm sú được xử lí ở nồng độ HCl 8%, thời gian 9 giờ là thích hợp..
- 3.3 Ảnh hưởng thời gian ngâm của vỏ tôm sú trong dung dịch NaOH đến khả năng khử protein.
- Sự thay đổi hàm lượng protein của vỏ tôm sú khi được xử lí trong dung dịch NaOH được thể hiện ở Bảng 3.
- Hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu có xu hướng giảm dần khi tăng thời gian xử lí ở cùng nồng độ NaOH..
- Bảng 3 cho thấy khi tăng thời gian ngâm vỏ tôm trong dung dịch NaOH 10% từ 0 đến 36 giờ, hàm lượng protein còn lại trong vỏ tôm sú có sự giảm mạnh từ 49,5 xuống 6,43%.
- Hàm lượng protein trong vỏ tôm sú giảm do protein bị dung dịch kiềm thủy phân thành các axit amin tự do tan được trong dung dịch kiềm và được loại bỏ trong quá trình rửa.
- Nồng độ dung dịch NaOH 10% được lựa chọn cho việc loại protein trong vỏ tôm để thu hồi chitin (Benavente et al., 2015, Seghir and Benhamza, 2017).
- Một vài nghiên cứu khác cũng khử protein của vỏ tôm (Metapenaeus monoceros) bằng NaOH 3,5% với tỉ lệ w/v là 1: 10 với thời gian khoảng 2 giờ ở 65°C (Mojarrad et al., 2007), khử protein vỏ tôm (Penaeus monodon) bằng NaOH có nồng độ 1 N, tỉ lệ w/v là 1: 12 ở 90°C trong 2 giờ (Sibi et al.,2013) và NaOH 5%, với tỉ lệ 1: 12 ở 90°C trong 24 giờ (w/v) (Islam et al., 2011).
- Điều này có thể lý giải do một phần protein liên kết cộng hóa trị với thành phần chitin có trong vỏ tôm và hình thành hệ phức hợp ổn định.
- Bảng 3: Ảnh hưởng thời gian ngâm của vỏ tôm sú trong dung dịch NaOH 10% đến khả năng khử protein (tính theo căn bản khô).
- Mẫu Thời gian ngâm.
- NaOH (giờ) Hàm lượng protein.
- Dùng phổ FTIR để kiểm tra kết quả của glucosamine hydrochlorua từ chitin được thủy phân trong HCl có nồng độ lần lượt là 10 và 12 M..
- Hình 1: Quang phổ FTIR của glucosamine hydrochlorua (HCl 10 M).
- Hình 2: Quang phổ FTIR của glucosamine hydrochlorua (12 M).
- Hình 3: Quang phổ FTIR của glucosamine hydrochlorua thương mại Glucosamine hydrochlorua thương mại có các.
- Kết quả của Hình 1 glucosamine hydrochlorua 10 M có peak 1 là 3.292,08 cm -1 nằm trong khoảng của peak từ cm -1 của nhóm -OH và - NH, peak 2 là 1.538,93 cm -1 nằm gần nhất với peak 1.615 cm -1 của nhóm -NH 2 và peak 3 là 1.034,31 cm.
- Kết quả của Hình 2 glucosamine hydrochlorua 12 M có peak 1 là 3.293,37 cm -1 nằm trong khoảng của peak cm -1 của nhóm -OH và -NH, peak 2 là 1.538 cm -1 nằm gần nhất với peak 1.615 cm -1 của nhóm -NH 2 và peak cm -1 có khoảng cách gần nhất với peak 1.094 cm -1 nhóm - OH cấu trúc thứ cấp của rượu..
- hydrochlorua 10 và 12 M đều tương thích với glucosamine hydrochlorua thương mại..
- 3.4.2 Hiệu suất thu hồi của glucosamine hydrochlorua 10 và 12 M.
- Sau khi phân tích phổ FTIR, cả 2 mẫu glucosamine hydrochlorua khá tương đồng khi được xử lí với nồng độ HCl 10 M và 12 M, cho nên cần dựa vào hiệu suất thu hồi để xác định nồng độ hóa chất thích hợp để thủy phân chitin thành glucosamine hydrochlorua.
- Bảng 4: Hiệu suất thu hồi của glucosamine hydrochlorua 10 và 12 M (tính theo căn bản khô).
- Mẫu Nồng độ.
- Hiệu suất thu hồi.
- Kết quả của Bảng 4 cho thấy hiệu suất thu hồi glucosamine hydrochlorua tăng dần khi tăng nồng độ HCl.
- Mẫu chitin được thủy phân trong HCl 10 M cho hiệu suất thu hồi glucosamine hydrochlorua đạt 47,07%, thấp hơn khi xử lí với HCl nồng độ 12 M đạt 57,30%, do nồng độ hóa chất cao nên hiệu quả cắt các liên kết glycoside của chuỗi chitin tốt hơn, chitin cũng được thủy phân tốt hơn (Trần Thái Hòa, 2005.
- Benavente et al., 2015).
- Nồng độ HCl 37 % và 90 °C, thời gian xử lí 24 giờ cũng là thông số được nhóm nghiên cứu của Islam et al.
- Dựa vào kết quả phân tích phổ FTIR và hiệu suất thu hồi, nồng độ dung dịch HCl 12 M được chọn để thủy phân chitin thành glucosamine hydrochlorua..
- 3.5 Sự thay đổi của thời gian sấy ảnh hưởng đến chất lượng của glucosamine hydrochlorua thành phẩm.
- Thời gian sấy sản phẩm glucosamine hydrochlorua tác động tới ẩm độ, hiệu suất thu hồi và độ hòa tan được thể hiện ở Bảng 5..
- Bảng 5: Ảnh hưởng của thời gian sấy đến chất lượng của sản phẩm (tính theo căn bản khô).
- Mẫu Thời gian sấy (giờ) Ẩm độ.
- Hiệu suất thu hồi của glucosamine hydrochlorua giảm từ 60,8 xuống 51,7%.
- Nguyên nhân khi tăng thời gian sấy dẫn đến giảm ẩm độ và hiệu suất glucosamine hydrochlorua thu được là do lượng hơi nước trong sản phẩm bị thoát ra càng nhiều nên ẩm độ và hiệu suất thu hồi đều giảm (Nguyễn Trọng Cẩn, 1990).
- Theo nghiên cứu chiết xuất glucosamine hydrochlorua từ vỏ tôm của Benavente et al.
- (2013) glucosamine hydrochlorua sấy ở 50℃ trong 12 giờ cho hiệu suất thu hồi là 58%.
- Dựa vào các chỉ tiêu như ẩm độ, độ hòa tan và hiệu suất thu hồi, glucosamine hydrochlorua được sấy trong 10 giờ ở 50℃ là thích hợp nhất..
- Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra điều kiện tối ưu để sản xuất gluosamine hydrochlorua từ vỏ tôm sú bao gồm khử khoáng với HCl 8% trong 9 giờ.
- thời gian sấy để glucosamine hydrochlorua đạt chất lượng cao nhất là 10 giờ ở 50℃..
- Tính chất của chitin và chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) khử protein bằng phương pháp hóa học và sinh học